(57)【要約】 【課題】  ヘッドと液体カートリッジが離れた場所に位置しているために、カートリッジとヘッドあるいはサブタンクとを居夕チューブなどで接続する必要があり、構造上複雑となり、小型化を図ることが困難になる。【解決手段】  ライン型ヘッド１００及びサブタンク１２０からなるヘッドユニット１１の直上に液体カートリッジ１２を装着可能として、サブタンク１２０と液体カートリッジ１２とを直結できるようにするとともに、装置本体1の側面より液体カートリッジ１２を出し入れして交換ができるようにすることにより、装置本体１の小型化、構造の簡素化を図れるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン型の液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体カートリッジは前記液滴吐出ヘッドの直上に装着可能であり、この液体カートリッジを装置本体の側面から出し入れして交換可能であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記液体カートリッジの前記液滴吐出ヘッドに対する液体供給孔は、この液体カートリッジを出し入れするときに奥側になる部分に位置していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置に装着される液体カートリッジであって、この液体カートリッジは前記液体を収容する液体収容部の底面が前記液滴吐出ヘッドに対する液体供給孔へ向かって傾斜していることを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項４】
液体を吐出させるための熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換素子を備えた基板と、この基板から発生する熱を放熱するための支持部材とを備える液滴吐出ヘッドにおいて、前記支持部材がこのヘッドに液体を供給するための液体タンクの一部であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記基板は前記液体タンクの一部に接着剤で固定され、前記接着剤の熱伝導率が前記基板の熱伝導率と同じ、又はそれ以上の値であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、請求項４又は請求項５に記載の液滴吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置としては、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（吐出室、圧力室、加圧室、インク流路等とも称される。）と、この液室内の液体を加圧するためのエネルギーを発生するアクチュエータ手段とを備えた液滴吐出ヘッドを搭載したものがある。
【０００３】
このような液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置としては、液滴吐出ヘッドを搭載したキャリッジが主走査方向に移動可能な構成になっているキャリッジ型（シリアル型）のものと、ライン型の液滴吐出ヘッドを装置本体に固定したライン型のものに分けることができる。
【０００４】
ライン型の液滴吐出ヘッドは、記録媒体（例えば、記録用紙）の幅に相当する記録幅を持ち、記録媒体の搬送方向に対して垂直に固定され、記録媒体に対して相対的に移動することなく記録を行う構成になっている。
【０００５】
ところで、このように液滴吐出ヘッドを用いる画像形成装置においては、液体の消費に応じてヘッドに対して液体を供給しなければならないので、ヘッドに供する液体を収容した液体カートリッジを交換可能に装着できるようにしている。
【０００６】
従来のライン型ヘッドを備えた画像形成装置としては、例えば図１４に示すように、装置本体７００内に、複数の異なる色の液滴を吐出するライン型ヘッド７０２から構成される画像形成部７０１と、記録媒体を搬送する搬送ベルト７０４を含む搬送部７０３とを備え、給紙部７０５から給紙される被記録媒体を搬送ベルト７０４を含む搬送部で搬送しながら、搬送される記録媒体に対してライン型ヘッド７０２によって液滴を吐出して所要の画像を形成した後、記録媒体を排紙部７０６に排紙する構成としている。
【０００７】
そして、画像形成部７０１のライン型ヘッド７０２に対して液体（例えばインク）を供給するために、装置本体７００の下部に各色の液体を収容した液体カートリッジ７１０を交換可能に装着できるようし、装着された液体カートリッジ７１０からライン型ヘッド７０２に対して図示しない液体チューブを介して液体を供給するようにしている。
【０００８】
一方、ライン型ヘッドとしては、液体を加圧するためのエネルギーを発生する手段として電気熱変換素子を用いるサーマル型のものが高密度化が容易であることなどから好ましい。このサーマル型のライン型ヘッドは、液体を吐出させるための熱エネルギーを発生するための複数の電気熱変換素子を備え、記録時にこの電気熱変換素子に電気パルスを印加することによって熱エネルギーを液体に伝達させて、液体を発泡させることによって、ノズルから液滴が吐出される構成となっている。
【０００９】
ここで、記録時に液滴を吐出するノズルに対応する電気熱変換素子には熱エネルギーが生じるが、吐出しないノズルに対応する電気熱変換素子には熱エネルギーが生じないため、連続して記録を行っているノズルに対応する電気熱変換素子と、行っていないノズルに対応する電気熱変換素子との間には温度差が生じる。
【００１０】
また、特定の電気熱変換素子の温度が上昇した状態で続けて記録を行う場合、滴吐出速度が不安定になり、温度が上昇していない他の電気熱変換素子に対応するノズルからの吐出滴との滴吐出速度との間でバラツキが発生して、濃度ムラが生じ、安定した画像品質が得られなくなる。
【００１１】
そこで、同じ液滴吐出ヘッド内の温度差を小さくし、連続的に記録を行った場合でも濃度ムラのない安定した画像品質を得るために、液滴吐出ヘッドの電気熱変換素子の配列方向に複数の温度センサを備え、これらの温度センサからの出力値から温度勾配を計算し、その値と所定の数値との比較結果に基づいて液滴吐出ヘッドの温度の低い側の電気熱変換素子を加熱させる方法が知られている。
【特許文献１】特開２００２−３４７２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した図１４に示すようなライン型の液滴吐出ヘッドを搭載した従来の画像形成装置にあっては、液滴吐出ヘッドと液体カートリッジが離れた場所に位置し、装置本体の下部に液体カートリッジを交換可能に装着して、液体チューブを介して液体を供給する構成となっているため、構造上複雑となり、液体カートリッジの装着場所や着脱方向が制限され、製品の小型化を図ることが困難である。
【００１３】
また、上述した従来の液滴吐出ヘッドにあっては、温度センサを備えることで安定した滴吐出特性を得ることが可能となる反面、温度センサを用いることによりヘッドの製作コストや制御部の構成が複雑になり、コストが高くなるという問題がある。
【００１４】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、請求項１及び２の発明は小型化を図れる画像形成装置を提供することを目的とし、請求項３の発明は本発明に係る画像形成装置に好適な液体カートリッジを提供することを目的とし、請求項４ないし６の発明は、簡単な構成で安定した滴吐出特性が得られる液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る画像形成装置は、ライン型の液滴吐出ヘッドを備え、前記液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体カートリッジは前記液滴吐出ヘッドの直上に装着可能であり、この液体カートリッジを装置本体の側面から出し入れして交換可能である構成とした。
【００１６】
ここで、液体カートリッジの液滴吐出ヘッドに対する液体供給孔は、この液体カートリッジを出し入れするときに奥側になる部分に位置していることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る液体カートリッジは、上記本発明に係る画像形成装置に装着可能な液体カートリッジであって、液体を収容する液体収容部の底面が液滴吐出ヘッドに対する液体供給孔へ向かって傾斜している構成としたものである。
【００１８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液体を発生させるための熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換素子を備えた基板から発生する熱を放熱するための支持部材が、このヘッドに液体を供給するための液体タンクの一部である構成としたものである。
【００１９】
ここで、基板は液体タンクの一部に接着剤で固定され、接着剤の熱伝導率が基板の熱伝導率と同じ、又はそれ以上の値であることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る画像形成装置によれば、液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体カートリッジは、液滴吐出ヘッドの直上に装着が可能で、装置本体の側面から出し入れして交換可能な構成になっているので、画像形成装置の小型化、構造の簡素化を図ることができる。
【００２２】
本発明に係る液体カートリッジによれば、簡単な構成で安定した液体の供給ができる。
【００２３】
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、簡単な構成で滴吐出特性の安定化が図れ、高画質記録を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
先ず、本発明に係る画像形成装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は画像形成装置の全体構成を示す概略構成図、図２は同画像形成装置の外観側面説明図である。
【００２５】
この画像形成装置は、装置本体１の内部に、画像形成部２、搬送部３等を有し、装置本体1の一方側に給紙部４を、他方側に排紙部５を有し、給紙部４の給紙トレイ６上に積載された多数枚の被記録媒体（以下、「用紙」ともいう。）７を給紙コロ１０で一枚ずつ給紙して、搬送部３によって用紙７を搬送しながら、画像形成部によって所要の画像を記録した後、排紙部５の排紙トレイ８上に用紙７を排紙する。
【００２６】
画像形成部２は、後述するようにライン型ヘッド１００及びサブタンク１２０を一体化した本発明に係る液滴吐出ヘッドである４個の記録ヘッドユニット１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙ（以下、区別しないときは「ヘッドユニット１１」ともいう。）を被記録媒体７の搬送方向に並べて配置している。これらのヘッドユニット１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙの各ライン型ヘッド１００は、それぞれのライン方向（被記録媒体の搬送方向に対して直交する方向）に複数のノズルからなる１又は複数のノズル列を有している。
【００２７】
ここで、ヘッドユニット１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙの各ライン型ヘッド１００は、それぞれブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の液滴を吐出するヘッドである。そして、各ヘッドユニット１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙには、ヘッドユニット１１の直上に装着された本発明に係る液体カートリッジ１２ｋ、１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ（以下、区別をしないときは「液体カートリッジ１２」ともいう。）から各色の液体が供給される。
【００２８】
搬送部３は、用紙７を搬送するための無端状のベルトから構成した搬送ベルト１３を駆動ローラ１４及び従動ローラ１５間に掛け渡し、搬送方向に周回する構成としている。また、搬送部３の搬送ベルト１３の駆動ローラ１４に対向して給紙側搬送ローラ１６を、従動ローラ１５に対向して排紙側搬送ローラ１７を備えている。
【００２９】
給紙部４は、給紙コロ１０で送り出される用紙７を搬送する一対の給紙側搬送ローラ２２を備えている。また、排紙部５には、搬送部３から送り出される被記録媒体７を排紙トレイ８に排紙するための一対の排紙ローラ２５を備えている。
【００３０】
そして、図２に示すように、装置本体１の側面には液体カートリッジ１２を交換するときに用いるカバー３０を開閉可能に設けている。したがって、液体カートリッジ１２を交換する場合、カバー３０を開いて液体カートリッジ１２を装置本体１の側面から出し入れして交換することができる。
【００３１】
したがって、この画像形成装置においては、液体カートリッジ１２を装置本体１の側面から出し入れして交換し、ヘッドユニット１１の直上に装着することができるので、液体カートリッジ１２とヘッドユニット１１のサブタンク１２０とをつなぐ液体チューブなどを省略して、液体カートリッジ１２とヘッドユニット１１のサブタンク１２０を着脱自在に直結することができるようになる。
【００３２】
このように、液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体カートリッジは液滴吐出ヘッドの直上に装着可能であり、この液体カートリッジを装置本体の側面から出し入れして交換ができる構成とすることにより、構成の簡素化を図れ、装置本体の小型化、省スペース化を図ることができる。
【００３３】
次に、この画像形成装置における本発明に係る液滴吐出ヘッドを含むヘッドユニット及び液体カートリッジの第１実施形態について図３ないし図９を参照して説明する。なお、図３はヘッドユニットの一部側断面図、図４はヘッドユニットに液体カートリッジが装着された状態の説明図、図５は図４のＡ−Ａに沿う断面説明図、図６はサブタンクの説明図、図７は図６の側面図、図８はサブタンクの平断面説明図、図９はヘッドユニットの断面説明図である。
【００３４】
ヘッドユニット１１は、前述したように液滴吐出ヘッドであるライン型ヘッド１００とサブタンク１２０とを接着剤接合したものである。
【００３５】
ライン型ヘッド１００は、基板１０１（ここではＳｉウエハを使用）と、流路形成部材１０２、ノズルプレート１０４を接合して構成され、これらによりノズルプレート１０４に形成されたノズル１０５が連通する個別液室１０６、個別液室１０６に流体抵抗部１０７を介して液体を供給するための共通液室１０８を形成している。そして、基板１０１には共通液室１０８に液体を供給するための液体供給孔１０９を形成している。
【００３６】
基板１０１には、各個別液室１０６に対応して発熱体（電気熱変換素子）１１０を形成するとともに、この発熱体１１０の一方側に接続する共通電極１１１１及び他方側に接続する個別電極１１３を形成している。ここで、発熱体１１０を形成する材料としてはＨｆＢ２などが好ましい。共通電極１１１及び個別電極１１３を形成する材料としてはＡｌなどが好ましい。
【００３７】
また、発熱体１１０及び共通電極１１１並びに個別電極１１３の上部はＴａなどの熱伝導性の良い金属を用いて形成した発熱体保護膜１１６によりコーティングされている。なお、この発熱体保護膜１１６は液体と直接接触することから、高い耐液体性が求められるため、発熱体保護膜１１６の上部に、さらに耐液体膜を形成してもよい。
【００３８】
そして、この液滴吐出ヘッドであるライン型ヘッド１００の基板１０１を、このヘッド１００に液体供給孔１０９を介して液体を供給するための液体タンクであるサブタンク１２０の筐体（ケース）１２１に接着剤１２２により接合し、サブタンク１２０の一部であるケース１２１がライン型ヘッド１００の基板１０１を支持する支持部材を兼ねるようにして、ライン型ヘッド１００とサブタンク１２０とを一体化したヘッドユニット１１を構成している。
【００３９】
ここで用いる接着剤１２２としては、基板１０１の熱伝導度と同じ、又はそれ以上の値であることが好ましい。接着剤１２２をこのような熱伝導度のものにすることで、基板１０１で発生した熱が接着剤１２２で滞ることなくサブタンク１２０のケース１２１に伝達される。
【００４０】
次に、このヘッドユニット１１に液体を供給するための液体カートリッジ１２は、図4及び図５にも示すように、ヘッドユニット１１のサブタンク１２０に直結される。
【００４１】
すなわち、液体カートリッジ１２は、カートリッジ１２を出し入れするときに奥側になる方向の下部に、内部に液体供給孔２０２を形成した接続ジョイント部２０１を有している。他方、サブタンク１２０の上部の一端部（上記奥側に対応する。）には、液体カートリッジ１２の接続ジョイント部２０１と接続するための内部に液体流入孔３０２を形成した接続ジョイント部３０１を有している。
【００４２】
したがって、液体カートリッジ１２を図５で矢示方向、すなわち図１の装置本体１の側面のカバー３０を開いた状態で図１の紙面奥側方向に押し込むことによって、液体カートリッジ１２の接続ジョイント部２０１がサブクタンク１２０の接続ジョイント部３０１と連結され、液体供給孔２０２と液体流入孔３０２が連通する。
【００４３】
このようにライン型ヘッド１００の基板１０１を支持する支持部材をサブタンク１２０の一部で構成することにより、ライン型ヘッド１００の基板１０１で発生した熱を滞ることなくサブインクタンク１２０へ伝達することができるようになり、放熱効率が向上して、高周波の電気パルスを発熱体（電気熱変換素子）１１０に連続的に印加した場合に発生する大量の熱でも効率よく放出することができ、ライン型ヘッド１００の基板１０１の温度分布が均一化され、安定した滴吐出特性を得ることができる。
【００４４】
また、液体カートリッジ１２は、液体を収容する液体収容部２０４の底面２０５を、ヘッドユニット１１に対して液体を供給する接続ジョイント部２０１（液体供給孔２０２）側に向かって傾斜する傾斜面としている。
【００４５】
このように液体カートリッジの液体収容部の底面を傾斜した面と構成することにより、ヘッドユニット１１に対するスムーズな液体の供給が可能となる。
【００４６】
次に、サブタンク１２０は、図６に示すように、図７に示す第一層サブタンク１２０−１と図８に示す第二層サブタンク１２０−２とで構成している。
第一層サブタンク１２０−１には、接続ジョイント部３０１の液体流入孔３０２を介して供給される液体を収容する液体収容部３０４と、この液体収容部３０４の液体を第二層サブタンク１２０−２に供給するための液体供給孔３０５を有している。第二層サブタンク１２０−２は、第一層の液体供給孔３０５が一端部に臨み、他端部にライン型ヘッド１００の液体供給孔１０９が臨む流路３０７を有している。
【００４７】
なお、図示はしていないが、サブタンク１２０内にフォーム体を混入し、毛管力でライン型ヘッド１００の負圧を作り出すようにしている。
【００４８】
このように構成したので、液体カートリッジ１２から供給された液体は、接続ジョイント部３０１を介して第一層サブタンク１２０−１内の液体収容部３０４へ入り、第一層サブタンク１２０−１の液体供給孔３０５を通過して、図８に示す第二層サブタンク１２０−２の流路３０７に流入する。この場合、液体供給孔３０５から流路３０７内への液体の流入方向は、ライン型ヘッド１００の個別液室１０６と直交する方向になる。
【００４９】
そして、第二層目のサブタンク１２０−２の流路３０７内に流入した液体は、図８に示すように流路３０７を矢印方向に流れて、図９に示すように、ライン型ヘッド１００の液体供給孔１０９から共通液室１０８内に流入し、更に矢印で示すように、各個別液室１０６に供給される。この場合、流路３０７内で液体の流れる方向はライン型ヘッド１００の個別液室１０６の並び方向となり、流路１０７は発熱体１１０と反対側に位置するようにしている。
【００５０】
ところで、本発明に係るライン型の液滴吐出ヘッド１００のように、液体を吐出させるための手段として発熱体（電気熱変換素子）１０８で発生する熱エネルギーを利用する場合、高密度記録、高周波記録駆動を行ったときに、発生した熱のうち液体の吐出に利用されなかった熱は、吐出される液体や記録ヘッドの各部材を媒体として放熱されるが、これらの媒体のみでは十分な放熱効果が得られない場合がある。
【００５１】
そこで、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、サブタンク１２０を隣接して配置し、サブタンク１２０を基板１０１の支持部材として兼用する構成としている。これにより、例えば、ある特定の個別液室１０６の断面を考えると、その下方に液体の流れ（第二層サブタンク１２０−２の流路３０７での液体の流れ）があり、その下には熱容量の大きい第一層サブタンク１２０−１を有するため、効率の良い熱交換が可能となる。したがって、高周波の電気パルスを発熱体（電気熱変換素子）１０８に連続的に印加した場合に発生する大量の熱でも効率よく放出することができ、ライン型ヘッド１００の温度分布が均一化され、安定した滴吐出特性を得ることができる。
【００５２】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドと一体化するサブタンクの他の例について図１０ないし図１３を参照して説明する。
この例では、第一層サブタンク１２０−１内に、液体カートリッジ１２から供給された液体の流れを一方側（液体供給孔３０５と反対側の端部側）に集めるための傾斜面３１１を有し、その一方側から液体供給孔３０５へ達する流路３１２を形成するための隔壁部３１３を設けている。この流路３１２は第二層サブタンク１２０−２の流路３０７と重なる位置に形成する。
【００５３】
これによって、液体カートリッジ１２から供給された液体は液体供給孔３０５と反対側の端部側から流路３１２を経て液体供給孔３０５に流れるようになり、第一層サブタンク１２０−１の流路３１２と第二層サブタンク１２０−２の流路３０７は、投影状態で重なるように、かつ逆方向に液体が流れることになり、ライン型ヘッド１００の放熱によって流路３０７を流れる液体の温度が上がる場合でも流路３１２を流れる液体によって放熱され、効率的な熱交換を行うことができる。なお、その他の構成及び作用は前記の例と同様であるので説明を省略する。
【００５４】
このように、効率のよい熱交換を行うことができて、ライン型ヘッド１００の電気熱変換素子において発生した熱が蓄積することなく、効率的に放熱することができるので、ライン型ヘッド１００の温度分布を更に効率的に均一化することができ、より安定した滴吐出特性を得ることができる。
【００５５】
なお、上記実施形態においては、サーマル型液滴吐出ヘッドを搭載する画像形成装置について説明したが、サーマル型液滴吐出ヘッドを構成要素としない発明については、その他のピエゾ型ヘッドや静電型ヘッドなどの他のアクチュエータ方式のヘッドを用いることもできる。
【００５６】
また、上記実施形態においては、使い切り型の液体供給系で説明したが、液体カートリッジに廃液部などを設けて循環型の液体供給系とすることもできる。さらに、画像形成装置の小型化を図ることで、プリンタを組み込んだ事務机などを構成することもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】同画像形成装置の外観側面説明図である。
【図３】本発明に係る液滴吐出ヘッドを含むヘッドユニットの一部断面説明図である。
【図４】ヘッドユニットに液体カートリッジを装着した状態の説明図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。
【図６】同ヘッドユニットのサブタンクの説明図である。
【図７】同サブタンクの断面説明図である。
【図８】同サブタンクの断面説明図である。
【図９】同ヘッドユニットのライン型ヘッドの断面説明図である。
【図１０】同ヘッドユニットのサブタンクの他の例の説明図である。
【図１１】同サブタンクの断面説明図である。
【図１２】同サブタンクの断面説明図である。
【図１３】同ヘッドユニットのライン型ヘッドの断面説明図である。
【図１４】従来の画像形成装置の機構部の説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…装置本体（画像形成装置）
２…画像形成部
３…搬送部
４…給紙部
５…排紙部
６…給紙トレイ
７…被記録媒体（用紙）
８…排紙トレイ
１１…ヘッドユニット
１２…液体カートリッジ
１３…搬送ベルト
１００…ライン型ヘッド
１０１…基板
１０２…流路形成部材
１０４…ノズルプレート
１０５…ノズル
１０６…個別液室
１０８…共通液室
１０９…液体供給孔
１２０…サブタンク
１２０−１…第一層サブタンク
１２０−２…第二層サブタンク
１２１…ケース
１２２…接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005088543.tif 000012
【図１１】
2005088543.tif 000013
【図１２】
2005088543.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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